離子治療中的醫(yī)學(xué)物理學(xué)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景 1
1.1.1 放射性的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用 1
1.1.2 X 射線放射治療技術(shù)及其發(fā)展 4
1.2 離子治療的發(fā)展歷程 6
1.2.1 離子治療概念的提出 6
1.2.2 離子治療的早期探索 8
1.2.3 離子放射治療技術(shù)的發(fā)展 10
1.2.4 離子放射治療臨床應(yīng)用及推廣.11
1.2.5 離子治療中心全球分布情況 14
1.3 我國的離子治療發(fā)展及現(xiàn)狀 15
1.3.1 我國放射治療發(fā)展概況 15
1.3.2 我國的離子治療研發(fā)歷程 16
1.3.3 我國目前離子治療中心概況 19
小結(jié) 19
復(fù)習(xí)思考題 20
參考文獻(xiàn) 20
第2章 離子治療的放射物理學(xué)基礎(chǔ) 24
2.1 離子與物質(zhì)的相互作用.24
2.1.1 離子與核外電子的非彈性碰撞.25
2.1.2 離子與原子核的非彈性碰撞 26
2.1.3 離子與原子核的彈性碰撞 26
2.1.4 離子與原子核的核反應(yīng) 27
2.2 離子在物質(zhì)中的能量損失 27
2.2.1 阻止本領(lǐng) 27
2.2.2 射程與射程歧離 29
2.2.3 傳能線密度 30
2.3 離子在物質(zhì)中的多重庫侖散射 31
2.4 核碎裂 32
2.5 束流配送方式.33
2.5.1 被動(dòng)式束流配送 33
2.5.2 主動(dòng)式束流配送 37
2.6 離子治療的射程監(jiān)控 40
2.6.1 PET實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè) 41
2.6.2 瞬發(fā)伽馬監(jiān)測(cè) 41
2.6.3 熱聲波監(jiān)測(cè) 42
2.7 重離子治療的物理優(yōu)勢(shì).43
2.7.1 倒轉(zhuǎn)的深度劑量分布 43
2.7.2 小的橫向散射和射程歧離 45
2.7.3 靈活的配送方式 46
2.7.4 彈核碎片與PET實(shí)時(shí)在線監(jiān)控 46
小結(jié) 47
復(fù)習(xí)思考題 47
參考文獻(xiàn) 47
第3章 離子治療的放射生物學(xué)基礎(chǔ) 50
3.1 碳離子劑量分布的特點(diǎn).50
3.2 存活*線與相對(duì)生物學(xué)效應(yīng) 51
3.2.1 存活*線與線性平方模型 51
3.2.2 相對(duì)生物學(xué)效應(yīng) 54
3.3 氧增比 56
3.4 離子輻射敏感性隨細(xì)胞周期時(shí)相的變化.58
3.5 離子誘導(dǎo)的 DNA 損傷與修復(fù) 59
3.6 離子的分割照射 60
3.7 免疫治療在離子放射治療中應(yīng)用的生物學(xué)基礎(chǔ) 62
3.7.1 離子誘導(dǎo)的腫瘤免疫原性死亡與損傷相關(guān)分子模式的釋放 62
3.7.2 離子誘導(dǎo)的遠(yuǎn)端效應(yīng) 64
小結(jié) 67
復(fù)習(xí)思考題 68
參考文獻(xiàn) 68
第4章 RBE 生物物理模型 70
4.1 RBE 模型的目的 70
4.2 基于碳離子和光子輻照細(xì)胞存活*線的RBE 70
4.3 混合束模型 72
4.4 局部效應(yīng)模型 73
4.4.1 基本原則 73
4.4.2 輸入?yún)?shù) 74
4.4.3 RBE 的依賴關(guān)系 75
4.4.4 進(jìn)一步發(fā)展 76
4.5 微劑量動(dòng)力學(xué)模型 77
4.6 RBE 模型的臨床應(yīng)用 79
4.6.1 體外數(shù)據(jù)與臨床數(shù)據(jù)的聯(lián)系 79
4.6.2 混合束模型的臨床應(yīng)用 79
4.6.3 局部效應(yīng)模型的臨床應(yīng)用 81
4.6.4 微觀動(dòng)力學(xué)模型的臨床應(yīng)用 81
4.6.5 不同中心之間的RBE加權(quán)劑量的轉(zhuǎn)化 83
4.7 基于納劑量學(xué)量的RBE模型 84
4.7.1 納劑量學(xué)量 84
4.7.2 LNDM理論推導(dǎo) 85
4.7.3 LNDM參數(shù)確定 88
4.7.4 基于LNDM的離子束RBE計(jì)算 89
4.7.5 LNDM討論 89
小結(jié) 92
復(fù)習(xí)思考題 92
參考文獻(xiàn) 92
第5章 離子治療計(jì)劃系統(tǒng) 94
5.1 引言 94
5.2 治療計(jì)劃軟件算法 96
5.2.1 DICOM圖像 96
5.2.2 圖像配準(zhǔn)算法 96
5.2.3 勾畫算法 104
5.2.4 光線投影算法 105
5.3 CT值到阻止本領(lǐng)比的轉(zhuǎn)換 107
5.3.1 組織替代物法 107
5.3.2 化學(xué)計(jì)量法 109
5.4 患者擺位與固定 110
5.4.1 患者支撐裝置 110
5.4.2 患者固定 113
5.5 影像采集與勾畫 113
5.5.1 計(jì)劃影像采集 113
5.5.2 輪廓勾畫 114
5.6 計(jì)劃參數(shù)設(shè)計(jì) 116
5.6.1 射野方向選擇 116
5.6.2 射野數(shù)量 118
5.6.3 離子種類選擇 119
5.7 劑量計(jì)算 120
5.7.1 吸收劑量計(jì)算 121
5.7.2 次級(jí)粒子 122
5.7.3 生物建模 123
5.8 治療計(jì)劃優(yōu)化 125
5.8.1 劑量優(yōu)化 125
5.8.2 單野均勻劑量優(yōu)化 127
5.8.3 粒子調(diào)強(qiáng)治療優(yōu)化 127
5.8.4 魯棒優(yōu)化 128
5.8.5 研究熱點(diǎn) 128
5.9 計(jì)劃評(píng)估與計(jì)劃質(zhì)量保證 129
5.9.1 計(jì)劃評(píng)估 129
5.9.2 計(jì)劃質(zhì)量保證 129
小結(jié) 130
復(fù)習(xí)思考題 130
參考文獻(xiàn) 130
第6章 運(yùn)動(dòng)管理 132
6.1 運(yùn)動(dòng)靶區(qū)離子束放射治療存在的挑戰(zhàn) 132
6.1.1 器官運(yùn)動(dòng)分類 133
6.1.2 影響4D劑量分布的因素 133
6.2 運(yùn)動(dòng)探測(cè) 134
6.2.1 間接探測(cè) 134
6.2.2 直接探測(cè) 134
6.2.3 組合探測(cè) 135
6.3 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù) 135
6.3.1 呼吸控制 136
6.3.2 呼吸門控 136
6.3.3 呼吸引導(dǎo) 137
6.3.4 重復(fù)掃描 139
6.3.5 主動(dòng)跟蹤 141
6.3.6 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)比較 141
6.4 離子 4D 治療計(jì)劃設(shè)計(jì) 143
6.4.1 幾何內(nèi)靶區(qū) 143
6.4.2 射程內(nèi)靶區(qū) 144
6.4.3 4D靜態(tài)劑量計(jì)算 146
6.4.4 4D動(dòng)態(tài)劑量計(jì)算 147
小結(jié) 151
復(fù)習(xí)思考題 152
參考文獻(xiàn) 152
第7章 圖像引導(dǎo)技術(shù) 155
7.1 圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的現(xiàn)狀 155
7.2 圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)分類 156
7.2.1 正交X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 156
7.2.2 室內(nèi)軌道CT圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 157
7.2.3 CBCT 圖像引導(dǎo)系統(tǒng).158
7.2.4 紅外體表圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 159
7.2.5 體內(nèi)植入標(biāo)記點(diǎn)式實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 159
7.2.6 激光體表掃描式圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 160
7.2.7 普通光學(xué)圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 162
7.2.8 磁共振圖像引導(dǎo)系統(tǒng) 162
小結(jié) 165
復(fù)習(xí)思考題 165
參考文獻(xiàn) 165
第8章 重離子劑量學(xué) 168
8.1 引言.168
8.2 參考條件下的劑量測(cè)量 169
8.2.1 參考條件 169
8.2.2 電離室測(cè)量 170
8.2.3 量熱計(jì)測(cè)量 174
8.3 束流監(jiān)測(cè) 174
8.3.1 束流強(qiáng)度監(jiān)測(cè)器 174
8.3.2 位置和劑量均勻性監(jiān)測(cè)器及其校準(zhǔn) 175
8.4 非參考條件下的劑量測(cè)定 176
8.4.1 模體材料 176
8.4.2 用于吸收劑量分布測(cè)量的探測(cè)器 177
8.4.3 相對(duì)吸收劑量測(cè)量 178
8.4.4 絕對(duì)吸收劑量測(cè)量 179
小結(jié) 180
復(fù)習(xí)思考題 180
參考文獻(xiàn) 181
第9章 粒子臨床放射治療的質(zhì)量保證 183
9.1 質(zhì)量保證方法 183
9.1.1 基本概念 183
9.1.2 質(zhì)量保證類型和頻率 185
9.1.3 劑量學(xué)測(cè)量系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量條件 186
9.2 日檢 188
9.2.1 束流劑量學(xué)參數(shù) 189
9.2.2 基本安全與聯(lián)鎖 191
9.3 周檢.192
9.3.1 臨床劑量學(xué) 192
9.3.2 患者擺位驗(yàn)證 194
9.4 月檢 195
9.4.1 基本安全 195
9.4.2 運(yùn)動(dòng)管理設(shè)備 196
9.4.3 醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 197
9.4.4 治療設(shè)備機(jī)械性能 197
9.5 年檢.199
9.5.1 臨床劑量學(xué) 200
9.5.2 基本安全 204
9.5.3 治療計(jì)劃系統(tǒng) 205
小結(jié) 206
復(fù)習(xí)思考題 206
參考文獻(xiàn) 206
第10章 重離子臨床治療及適應(yīng)證 211
10.1 重離子治療的適應(yīng)證.211
10.2 中國腫瘤譜內(nèi)的重離子治療適應(yīng)證 215
小結(jié) 215
復(fù)習(xí)思考題 216
參考文獻(xiàn) 216
第11章 重離子治療技術(shù)展望 217
11.1 大力發(fā)展主流重離子放射治療技術(shù) 217
11.2 加大對(duì)新型治療技術(shù)研究的支持 218
11.2.1 加快固定束多角度調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)的研發(fā) 218
11.2.2 研發(fā)重離子弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù) 218
11.2.3 研發(fā)多離子調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù) 219
11.2.4 研究FLASH治療技術(shù) 219
11.2.5 研發(fā)重離子治療中的圖像引導(dǎo)與射程監(jiān)測(cè)技術(shù) 219
11.3 研究新型的重離子治療計(jì)劃技術(shù) 219
11.4 加快人工智能技術(shù)在重離子治療中的應(yīng)用研究 220
小結(jié) 220
復(fù)習(xí)思考題 220
參考文獻(xiàn) 220
后記 222